DU BALANCIER
Plusieurs balanciers à compensation additionnelle.
1535. Nous avons décrit au 1360 le balancier à compensation additionnelle de M. Vissière, et depuis deux chronométriers français MM. Winnerl et Callier, son successeur, en ont imaginé d’un genre très différent. Le point de départ serait la barrette bimétallique de Duchemin, la barette auxiliaire d’Arnold et le balancier d’Hartnup. La première formait un balancier avec une simple traverse bimétallique portant à chaque extrémité une masse taraudée sur une vis relevée du champ de la traverse. L’effet obtenu était insuffisant.
Dans la disposition d’Arnold, la barrette auxiliaire était ajustée sur l’axe à l’intérieur d’un balancier ordinaire.
Quant au balancier d’Hartnup, encore employé aujourd’hui, il mérite une mention particulière, mais nous la ferons précéder de la description de la seule compensation additionnelle (à notre connaissance) où le mercure est l’agent de compensation, parce que l’idée, juste en théorie, nous paraît dériver d’une conception très belle, si l’on considère l’état, de la science et de la chronométrie à son époque, de notre Pierre Le Roy.
1526. Balancier Loseby. — La figure 83 en représente l’ensemble : A A sont les vis régulatrices; B B les masses compensantes; D D deux pattes ou tenons qui tiennent par le collet deux petits thermomètres; ces tenons peuvent tourner sur eux-mêmes comme un piton de spiral, afin qu’on puisse changer l’inclinaison du tube par rapport au balancier.
Reportons-nous à la figure 82 : A B est le diamètre du balancier. A H B en est la circonférence. H est la boule du thermomètre. H abc d est la courbe que décrit le tube. Cette courbe est tracée d’un rayon égal ù peu près à la moitié de celui du balancier.
Supposons le tube ou la ligne a b c, etc., qui le représente, divisée en parties égales H a, a b, etc., chacune de ces parties indique les déplacements successifs de l’extrémité de la colonne pour des accroissements égaux de température. Décrivons du centre du balancier les arcs de cercle a i, b o, c ii, etc.: les divisions du rayon H i, i o, o n, etc., donnent la mesure de l’effet
BALANCIER HARTNUP.
produit par le déplacement d’une partie de la masse du balancier, et l’on voit que, tandis que la colonne de mercure avance à pas égaux, l’effet qu’elle produit suit une progression infiniment plus rapide. Si l’on remarque que cette progression varie avec le plus ou moins d’inclinaison du tube par rapport au
JE
Figure 82. Figure 83.
rayon du balancier, on comprend qu'on peut arriver par des essais successifs, à disposer ses thermomètres de telle sorte que le déplacement du mercure, combiné d’abord avec l’effet de la lame bimétallique, dépasse cet effet lorsqu’il devient insuffisant et produise la compensation supplémentaire.
1537. Balancier Hartnup. — Vu ci-dessous en plan en I et de profil en 2, mais sans masses ni vis et avant que le cercle annulaire ait été coupé. C D, C D, bras, bimétalliques concentriques (laiton et acier) portant les niasses compensantes E E et ayant leur point d’attache au bout des lames composées
Figure 84.
B C, B C. Ces bras ne diffèrent des bras du balancier ordinaire qu’en ce qu’ils forment avec le plan du balancier un angle d’environ 135° (comme on le voit
BALANCIER WINNERL.
en 2), au lieu d’un angle droit; c’est-à-dire qu’ils figurent une portion de cône. Sur la traverse bimétallique A A (laiton en haut), les traverses latérales également bimétalliques (laiton en bas), sont fortement assujetties sur les pattes A B, A B. Les quatre vis près de C et de D servent les unes pour équilibrer le balancier, les autres pour le réglage.
Voici comment ce balancier, le chronomètre étant réglé à une température moyenne, se comporte aux températures extrêmes. L’élévation de la chaleur fait courber vers le bas les extrémités de la traverse A A et la rend convexe, tandis que en courbant vers le haut les extrémités des deux barres BC, B C elle les rend concaves. L’effet de ces mouvements est de diminuer l’angle qu’on a dit être de 135°, et par suite de resserrer le balancier par le haut, ce qui donnera de l’avance sur la marche qu’avait le balancier à la température moyenne.
Par les grands froids, les effets combinés des lames bimétalliques, changements d’inclinaison des masses, produisent ce résultat de diminuer progressivement le rayon de giration, et, par suite, de donner une avance qui compense le retard au froid des chronomètres à balancier ordinaire.
J 528. Balancier Winnerl. — Voici en quels termes en a parlé M. Caspari, ingénieur en chef au dépôt des chronomètres de la Marine : « Le balancier de M. Winnerl permet d’obtenir plus facilement la compensation par des moyens fort simples et sans sacrifier l’isochronisme le plus rigoureux. Il permet de résoudre sans peine les deux problèmes : — 1° obtenir l’égalité de marche diurne pour deux températures extrêmes, zéro et 30 degrés par exemple; — 2J les marches à zéro et 30 degrés étant égales, produire l'égalité de marche à une température intermédiaire donnée. Ce balancier, en outre, se prêtera donc très bien à l’emploi des spiraux théoriques de M. Phillips. »
Donnons maintenant les explications de l’inventeur.
Comme on l’a vu plus haut, le balancier ordinaire à masses des chronomètres (figure 7, planche Vingt et unième ), ne compense pas rigoureusement les effets de la température.
Si l’on adapte un pareil balancier à un spiral parfaitement isochrone , voici ce que l’on observe : il est possible, en déplaçant convenablement les masses sur la circonférence de l’anneau, d’arriver à donner au chronomètre la même marche à deux températures déterminées, 0° et 30° par exemple, mais la marche ne reste pas la même aux températures intermédiaires : aux environs de 13°, par exemple, on aura une avance plus ou moins considérable, mais qui, dans les cas les plus favorables, ne sera pas de moins de 2 secondes par jour : en d’autres termes, si à 0° et à 30° le chronomètre bat exactement 86,400 secondes par jour, il en battra 86,402 à 15°. Si l’on essaye de le régler de manière qu’il ait même marche à 13° et 30°, l’erreur se reportera sur les marches au froid, el l’on aura généralement 4S de retard à la température de 0°.
152!). On a utilisé celle remarque en la rapprochant du fait que les amplitudes du balancier décroissent quand la température s’abaisse, pour
Deuxième Appendide
Planche III.
B AL ANC 1 Eli AV IN N Ell L
arriver à une compensation en apparence meilleure; on conçoit, en effet, que si au lieu d’un spiral isochrone, on avait un spiral avançant de 4\ quand l’ amplitude des arcs est réduite à ce qu’elle devient à la température de 0°, l’effet d’avance dû au spiral peut alors compenser l’effet du retard dû au balancier. Mais ce procédé est défectueux et dangereux, parce qu’il introduit dans la montre une cause d’altération des marches sous l’influence de l’augmentation des résistances et de la diminution de force qui résultent de l’épaississement des huiles, de l’usure des pivots, etc.
La recherche des moyens propres à faire éviter ces difficultés a donné naissance aux compensations additionnelles qui, elles aussi, offrent plusieurs inconvénients : complication et souvent délicatesse des pièces qu’elles introduisent dans le balancier; réglage long, pénible; il faut un grand nombre de tâtonnements, dont chacun exige qu’on enlève le balancier, et l’artiste le plus habile ne peut compter sur le succès que par hasard ou au prix d’un travail exagéré.
1530. Pour atténuer tous ces inconvénients, M. Winnerl s’est donné à résoudre le problème suivant :
Conserver l’isochronisme le plus rigoureux du spiral, et produire la compensation à l’aide d’un balancier d’une exécution simple et tel que l’on puisse le régler facilement aux températures sans avoir besoin de l’enlever du chronomètre.
La figure t (planche III, page 858) représente ce balancier en élévation; la figure 1 en plan. Les lettres accentuées de la première correspondent aux lettres sans accents de la deuxième; A est l’axe du balancier, BB une barrette en acier; on pourra employer tout autre métal; CC une autre barrette d’un seul métal, fixée à la première à l’aide de vis ou par tout autre moyen.
La barrette CC porte à ses extrémités deux vis ou écrous réglants DD, en platine ou tout autre métal.
La barrette BB se termine à ses deux bouts par deux talons EE, sur lesquels on fixe à l’aide de vis ou autrement deux lames bimétalliques planes et droites FF et GG. Ces lames bimétalliques sont en acier et laiton ou toute autre combinaison de métaux; l’acier est en dessus, le laiton en dessous. A leur extrémité libre viennent se placer deux vis en métal HH solidement fixées aux talons de ces lames et inclinées à environ 45° sur l’horizontale.
Ces vis supportent deux écrous PP en platine (on peut employer un autre métal) qui font l’office de masses compensatrices. Ces écrous ont la forme d’un solide de révolution autour de l’axe H. Ils portent des entailles KK pour permettre l’introduction d’un tournevis spécial.
1531. Indiquons le mode de fonctionnement de l’appareil compensateur. Les lames bimétalliques sont droites à la température moyenne, soit 15°. Supposons que la température s’élève de 15° à 30°, chaque lame prend une forme courbe qui l’élève au-dessus de sa position moyenne; la vis H se trouve élevée, et, d’autre part, comme elle fait un angle invariable avec le dernier élément de la lame bimétallique, elle tourne autour de l’horizontale d’un
BALANCIER WINNERL.
angle égal à la rotation de ce dernier élément, c'est-à-dire au changement de courbure de la lame.
Si la température décroît, au contraire, de 15° à 0°, la lame se courbe en sens inverse d’une quantité égale. Il est facile de s’assurer, à l’inspection de la figure, et le calcul confirme cette conclusion, que le mouvement de la masse que porte la vis est augmenté vers le centre quand la température monte, et que le mouvement d’écartement du centre, quand la température s’abaisse, est au contraire diminué. Cet effet correspond précisément au desideratum de la compensation que l’on s’est généralement efforcé d’atteindre par les compensations additionnelles.
H est facile de voir combien cette disposition rend le réglage en températures simple et facile.
Admettons d’abord qu’on se soit donné une inclinaison de 45° des vis H sur l’horizontale. Pour obtenir l’égalité de marche aux deux températures extrêmes, le balancier étant monté sur le chronomètre, il suffit de faire monter ou descendre les deux masses le long des vis. Si, l’égalité de marche aux extrêmes une fois obtenue, le chronomètre avait une légère avance aux températures intermédiaires, il suffirait de diminuer l’inclinaison des vis sur l’horizontale jusqu’à 42° ou 40° par exemple. S’il y avait retard aux intermédiaires, il faudrait légèrement augmenter cette inclinaison. Cette recherche de l'inclinaison devrait être faite une seule fois pour des chronomètres de modèle identique : 43° d’inclinaison m’ont donné de très bons résultats. Une fois trouvée, l’inclinaison qui correspond à un type donné de spiral et de balancier, on la conservera dans tous les cas et le réglage s’effectuera simplement par le déplacement des masses compensatrices. Ce déplacement se faisant le long d’une vis, peut être rendu aussi petit que l’on voudra, et l’on pourra par conséquent approcher indéfiniment de la compensation parfaite, sans démonter le balancier, et en l’arrêtant simplement, comme on fait dans le cas d’un réglage simple de la marche, par les vis de réglage.
1533. M. Winnerl fait remarquer que les dimensions et dispositions des figures se conforment aux exigences d’un calibre spécial donné, et que l’appareil comporte plusieurs modifications :
1° Si la hauteur disponible le permet, on peut mettre les lames bimétalliques au-dessus de la barrette, ce qui permet de rapprocher les lames bimétalliques de l’axe du balancier; dans ce cas il faut mettre les lames au-dessus de la barrette, à une distance convenable pour faciliter leur jeu aux diverses températures, ce qui conduit à élever ou rentier les deux extrémités de la barrette sur lesquelles les lames viendront s’appliquer.
2° Si le diamètre disponible est trop faible, les lames peuvent ne plus donner assez de compensation, ou l’on peut être amené à élever outre mesure les masses pour produire l’effet nécessaire : dans ce cas, on peut rendre bimé- • talliques les deux parties de la barrette comprises entre l’assiette de l’axe et les talons sur lesquels les deux autres lames sont fixées : la partie supérieure de la barrette bimétallique sera alors en laiton, la partie inférieure en acier.
BALANCIER FRODSHAM.
1533. Balancier Ch. Frodsham. — Les successeurs de Ch. Frodsham, tout en reconnaissant, qu’il existait des différences entre le balancier Winnerl et l’un de ceux imaginés par leur prédécesseur, ayant élevé des réclamations en priorité d’invention, il nous paraît utile de donner la description du balancier Frodsham.
« Le balancier de Charles Frodsham (figure 3, planche III, page 859) se compose d’une barrette d’acier droite CC, dont les deux extrémités sont formées en vis pour recevoir les masses réglantes ; on peut employer un anneau ou une barrette de la forme indiquée (figure 1, planche 111 ) en C I).
« La partie compensatrice se compose de trois lames droites (G G, B K, F F), fixées ensemble à vis, à leurs extrémités, au moyen de plaques d’acier E, E (tîg. 3) de manière à former une seule pièce; les deux lames extérieures ont l’acier en dessus ; pour celle du centre, c’est le laiton. Le tout est fixé sur l’axe du balancier à angle droit avec la barrette C C.
« Les masses se vissent sur des tiges H H, finement taraudées, afin que l’on puisse modifier la compensation par petites quantités. Ces tiges sont portées par des pièces d’acier fixées à l’extrémité de FF et G G, leurs centres sont en ligne droite avec le centre de l’axe du balancier. (L’auteur veut sans doute indiquer que le centre des masses se meut dans un plan unique passant par l’axe du balancier, ce qui n’a pas lieu dans le balancier de M. Winnerl). »
Nous tenons M. H.-M. Frodsham pour un homme distingué, et désireux de rendre justice aux artistes français; mais qu’il nous permette de lui présenter quelques observations.
La priorité d’invention, c’est-à-dire la source, l’origine, se trouverait ici, comme il le reconnaît du reste, dans la barrette de Duchemin ou d’Arnold et dans le balancier de Hartnup, dont plusieurs imitations ou modifications ont paru aux expositions. Cela dit, faisons remarquer que le balancier Winnerl était en travail de combinaison et exécuté plusieurs années avant qu’il fût publié ; et, ensuite, qu’il diffère sur plusieurs points notables du balancier Frodsham, ainsi qu’il est facile de s’en assurer par une comparaison attentive.
Nous voyons là deux dispositifs, dérivant de source commune, si 1 on veut, mais présentant des différences qui constituent à chacun sa propre originalité. Ce sont les résultats obtenus avec chacun d’eux qu’il serait intéressant de comparer.
1534. Balancier Calmer. — M. Callier obtient le réglage avec son balancier par une inclinaison des masses au-dessus du plan, bien inférieure à 4ou. « Mais, dit-il, cette apparente contradiction, résulte des dispositions et proportions différentes du balancier Winnerl, et je constate qu’ayant exécuté et réglé un balancier Winnerl, c’est en effet dans le voisinage de 45° que les masses compensatrices se trouvent placées. Ceux qui ont étudié les effets des balanciers compensateurs savent qu’il suffit, dans deux balanciers identiques, de modifier seulement la forme, le poids ou la position d une vis pour éprouver des effets très divers. »
BALANCIER CALLIER.
L’explication concernant la figure ci-dessous le fera comprendre.
Légende. — Ce balancier, pour sa partie principale, est formé d’une barre centrale bimétallique m, cuivre en dessus, acier en dessous, de deux barrettes », » tixées aux extrémités de la première par un bras coudé; sur ces dernières l’acier est en dessus. A leurs extrémités libres, elles portent une pièce o, ayant en saillie un bras (vu au-dessus de o), sur lequel est placée à un angle de 90°, une vis portant une masse en platine p, formant écrou conique et pouvant s’élever ou se descendre à volonté. Un cylindre ayant pour axe la vis q , porte la vis et la masse p, qui, mobiles, peuvent tourner avec le cylindre q, et prendre diverses inclinaisons par rapport à la masse fixe p. Une graduation faite sur le contour intérieur de o, et à laquelle répond une graduation sur le cylindre, permet de choisir cette inclinaison, et c’est alors qu’on rend les masses p, inclinées convenablement l’une, p o, à gauche, l’autre à droite, fixes en serrant les vis q. La barrette r r est en acier ; ses écrous s, s, s, se répétant à l’opposé, servent à équilibrer le balancier et amener le réglage au temps moyen.
Passons à la figure 4 ( planche IV, page 866).
A, lame bimétallique centrale, cuivre en dessus.
A', lame bimétallique latérale, cuivre en dessous.
O, O', position horizontale des lames A, A', supposées sur le même plan, à la température de 15° centigrades. R axe ; 1, 2, 3. 4 lignes perpendiculaires au plan O O', et parallèle à l’axe B. La ligne terminée au 45° indique naturellement une inclinaison de 43°, prise du centre de l’axe B.
BALANCIER CALLIER.
Description de la course d’une masse par approximation, selon sa position comme élévation au-dessus du plan, et sa distance du point d’attache de la lame qui la porte.
1535. Supposons que par la chaleur la lame centrale A, cuivre en dessus, se courbe, de 15° à + 30°, de façon à arriver au point g chaleur, la lante latérale A', cuivre en dessous, ayant le double de longueur, devra s’élever d’une quantité double, soit de O au point désigné par la petite ligne pointillée i, abstraction faite, pour ne point embrouiller, de la fonction de levier de la lame centrale sur l’autre en s'abaissant, comme aussi de la rentrée de O' vers le centre, quantité très petite, mais qui fait sortir d'autant du centre la masse principale; nous utiliserons cet effet de la lame A. Si nous admettons que de 15° à 0° la même quantité de courbure des lames s’effectue, nous aurons les mêmes déplacements en sens opposé. Or, plaçons une masse au centre des deux plans, au point O, fixée à la grande lame; nous aurons de 15° à 30° la course de O en i, qui, rapprochant du centre B la masse de la quantité dont elle s’éloigne de la ligne verticale i, tendra à compenser l’allongement et l’élasticité du spiral de la valeur de cette quantité à laquelle nous devrons ajouter celle du rapprochement de O' à g vers la ligne du centre B. Bisons tout de suite qu’en réalité, le déplacement minime de cette masse serait insuffisant, les effets étant ici considérablement exagérés pour en faciliter l’appréciation par le dessin. Mais si nous avons une tendance à compenser à la chaleur, nous aurons au contraire une augmentation d’avance au froid, toutes choses égales, puisqu’au lieu de s’éloigner du centre B les mêmes quantités de déplacement se seront faites également en se rapprochant de B. Ce n’est donc pas à ce point O que nous devons jamais placer notre masse. L’expérience des fonctions du balancier à cercle bimétallique coupé, portant une masse ou des vis, a démontré que, réglé à 15°, quelle que soit la position la plus favorable des masses, il y a toujours insuffisance de compensation à 30° et excès à 0°. On en a conclu que les masses rentraient trop peu à la chaleur et sortaient trop au froid, ce qui peut tenir aux directions variables qu’elles prennent en dehors des rayons. Dans cette hypothèse, examinons les courses de la masse O, à différentes élévations au-dessus du plan. Placée à 45° (chiffre 4), nous apprécions que, pour un égal déplacement au chaud et au froid, la masse se rapproche plus du centre B au chaud, qu’elle ne s’en éloigne au froid, et si, comme avec le balancier ordinaire, il est nécessaire que cette progression ait lieu, cette masse serait là dans des conditions paraissant satisfaisantes; mais si, compensant exactement de 15° à 30°, à cette hauteur de 45°, nous avons du retard au froid, nous pourrons le corriger en amenant la masse p, fig. 85 vers le point O, fig. 4 (Planche IV), où le froid nous donne de l’avance; et si nous n’avons plus qu’à opérer sur de très petites quantités, nous pourrons, à l’aide de deux petites vis à écrous placées au point O' de la lame centrale, l’une en dessus, l’autre en dessous et à angles droits fixes, approcher au plus près du réglage parfait. On voit qu’en abaissant la masse (ligne 4) au-dessous de 45°, les effets se modifient et ainsi pour des angles et des élévations différents. Les pointillés c, d, sont faits pour indiquer que le
